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Projekt
Erforschung der Rolle molekularer und zellulärer Strukturen in Acetogenen des Darms als wichtige adaptive Strategien für das Überleben in einem konkurrenzstarken Mikrobiom.
Antragsteller
Dr. Jan Michael Schuller
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564324550
Das menschliche Darmmikrobiom ist ein hochkomplexes Ökosystem, das eine Schlüsselrolle beim Abbau organischer Stoffe spielt. Es ermöglicht dem Menschen, Kohlenhydrate und Polymere zu verwerten, die sonst unverdaulich wären. In den letzten Jahren haben groß angelegte Mikrobiom-Studien unser Verständnis der Zusammensetzung, der Verteilung und der Stoffwechselfunktionen der Darmmikroben und ihres potenziellen Nutzens für den menschlichen Wirt erheblich erweitert. Es hat sich herausgestellt, dass Acetogene zwar zahlenmäßig eine kleine Komponente des menschlichen Darmmikrobioms sind, ihre Stoffwechselaktivität, die Produktion von Acetat, jedoch eine unverhältnismäßig wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des metabolischen Gleichgewichts spielt. Acetogene nutzen den effizienten Wood-Ljungdahl-Weg (WLP), um während des lithoautotrophen Wachstums auf H₂ und CO₂ CO₂ in Acetat umzuwandeln. Im Darm können sie auch organoheterotroph auf verschiedenen Nährstoffen und mixotroph wachsen, indem sie Gase und komplexe Zucker gleichzeitig nutzen. Über den WLP hinaus nutzen Acetogene im Darm verschiedene Stoffwechselstrategien, einschließlich der Nutzung von bakteriellen Mikrokompartimenten (BMCs). Trotz ihrer Bedeutung für ein gesundes Mikrobiom und die Gesundheit des Wirts sind Darmacetogene jedoch nach wie vor ein wenig erforschtes Forschungsgebiet, das erhebliche Lücken in unserem Wissen über ihre Physiologie, Interaktionen und einzigartigen Anpassungen innerhalb des Darmmikrobioms aufweist. Um ihre Rolle im menschlichen Mikrobiom vollständig zu verstehen, müssen wir daher über Sequenzierungs- und metagenomische Ansätze hinausgehen und die einzelnen Organismen innerhalb dieser Gemeinschaft genauer untersuchen. Durch die Visualisierung des Zellinneren von Darm-Acetogen-Zellen mit Hilfe der Kryo-Elektronentomographie haben wir festgestellt, dass diese einzigartigen Mikroben einen Grad an struktureller und funktioneller Raffinesse aufweisen, der sie von typischen Bakterien unterscheidet. Wir haben mehrere molekulare und zelluläre Strukturen wie enzymdekorierte Nanodrähte, Enzymfilamente und bakterielle Mikrokompartimente (BMCs) identifiziert. Unsere Forschung wird nun einen integrativen Ansatz verfolgen und maßstabsübergreifende Bildgebungsverfahren einbeziehen, um die Art und Funktion dieser Strukturen und ihre Rolle bei der Steigerung der mikrobiellen Effizienz aufzudecken. In diesem Projekt wollen wir diese filamentösen Strukturen identifizieren und charakterisieren, die Ultrastruktur von BMCs untersuchen und verstehen, wie sich diese Zellverbände unter verschiedenen definierten Wachstums- und mixotrophen Bedingungen, auch in Co-Kultur mit einer minimal definierten Gemeinschaft, umändern. Diese Erkenntnisse werden für das Verständnis der Rolle von Acetogenen innerhalb des Mikrobioms und ihrer positiven Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung sein.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
